Почвоведы ТГУ обнаружили «горячие углеродные точки» в сибирской Арктике

Почвоведы Томского государственного университета провели исследование высыхающих озёр на заболоченных равнинах в Арктической зоне РФ. Результаты показали: остаточные малые озёра в чашах спустившихся более крупных термокарстовых озёр становятся важными очагами биогеохимической активности. Они – место перераспределения углерода, питательных веществ и источник парниковых газов. Результаты исследований представлены в статье, вышедшей в журнале «Science of The Total Environment» (Q1).

– Термокарстовые озёра – это водоемы, начало образования которых вызвано проседанием почвы из-за таяния подземных льдов (вечной мерзлоты), – поясняет заведующий лабораторией БиоГеоКлим ТГУ Сергей Лойко. – Обычно это небольшие мелководные озёра глубиной один-два метра, неправильной формы, характерные для северных регионов. В последние десятилетия многие такие озёра активно мелеют, «утекают в реки» за счёт разрушения оттаивающих берегов.

Термокарстовые озёра в Арктической зоне РФ

Фото предоставил Сергей Лойко

К примеру, китайские исследователи под руководством Або Лю из Шаньдунского педагогического университета только на территории Ямала насчитали 2 712 озёр, обмелевших в период с 2000 по 2020 годы. Они представляют собой потенциально важные, но малоизученные очаги выбросов парниковых газов (ПГ), углерода и питательных веществ.

Чтобы выяснить, каков вклад таких водоёмов в эмиссию парниковых газов, учёные ТГУ выбрали три контрастных участка для исследования: Сеяха (полуостров Ямал, сплошная зона вечной мерзлоты арктической тундры), Тазовский и Ханымей.

В оставшихся после обмеления водоёмах разного срока осушения – от недавно осушенных котловин до осушенных более сотни лет назад, с хорошо развитой болотной растительностью – почвоведы ТГУ измеряли концентрации растворённых углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄). Наряду с этим они оценивали потоки углекислого газа с поверхности воды, содержание растворённого органического и неорганического углерода и около 40 основных и микроэлементов. Остаточные водоёмы сравнивали с «нетронутыми» зрелыми термокарстовыми озёрами.

Основной целью этого исследования была количественная оценка того, как дренаж термокарстового озера изменяет концентрации парниковых газов и выбросы, углеродные пулы и распределение элементов в остаточных водоёмах территорий с различной площадью покрытия вечномёрзлыми породами.

– Потоки углекислого газа с поверхности обмелевших водоёмов варьировали от 0,1 до 2,0 г C?CO₂ м-2 сут-1, это довольно большая величина и она не зависит напрямую от количества времени, которое прошло после обмеления, а также от степени покрытия водосбора мерзлотой, – говорит заведующий лабораторией почвоведения НИИ ББ ТГУ Артём Лим. – Но концентрации растворённого углекислого газа и метана возрастали последовательно от ранних стадий сукцессии (смены одних растительных сообществ другими) к поздним и фоновым озёрам.

Отбор проб в донных отложениях

Фото предоставил Сергей Лойко

Такое расхождение объясняется тем, что содержание растворённых газов отражает суммарные биогеохимические процессы на более длительных временных масштабах, тогда как потоки газов зависят от краткосрочных физических условий – ветра, температуры, газообмена с атмосферой. Условия для выделения газов из воды в обмелевших водоёмах более динамичные, что и приводит к большим потокам.

Химический состав вод также сильно меняется после обмеления. Лабильные, хорошо растворимые компоненты – дикарбоновые кислоты, основные ионы (Na, Mg, Ca, Cl), питательные вещества (P, K, Si), а также элементы, чувствительные к окислительно?восстановительным реакциям (Fe, Mn) – в целом снижались по мере зарастания котловин и освоения питательных веществ растительностью.

Это отражает интенсивный биогеохимический цикл: после осушения плодородное дно быстро заселяют травы; они захватывают из донных отложений питательные вещества, которые попадают в воду обмелевших водоёмов, где активизируются водоросли. Уже позже мхи вытесняют травы, изолируют донные отложения, а химический состав вод меняется в сторону состава исходных бедных северных озёр.

Остаточные водоёмы, возникающие в чашах осушившихся термокарстовых озёр, принципиально отличаются от зрелых озёр по запасам углерода, содержанию парниковых газов и химии растворённых веществ. Появление таких систем перестраивает локальные потоки углерода и питательных элементов, меняет продуктивность наземных и водных сообществ и создаёт временные «горячие точки» биогеохимической активности.

В условиях продолжающегося потепления и нарушения гидрологического режима Арктики вклад этих остаточных бассейнов в эмиссию CO₂ и CH₄ и трансформацию ландшафта будет расти. Для адекватной оценки обратных связей между таянием вечной мерзлоты и климатом необходимо включать остаточные водоёмы в системы мониторинга и модели углеродного цикла, организовать долгосрочные наблюдения за концентрациями и потоками газов и отслеживать трансформацию водно?ландшафтных связей. Как отмечают авторы статьи, остаточные водоёмы – не просто отголоски прошлого, а активные и динамичные участники северных экосистем.

Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 18-77-10045 и продолжены в рамках госзадания Минобрнауки РФ № FSWM-2024-0006.